地震工程学5(地震活动性)-翟永梅

同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention第五章第五章地震活动性分析、砂土液化及防治地震活动性分析、砂土液化及防治翟翟永永梅梅同同济济大大学学土木工程学院土木工程学院上上海海防防灾灾救救灾灾研研究究所所地震工程学地震工程学同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention2012/4/52第五章地震活动性分析、砂土液化及防治‹世界上的地震分布‹中国地震分布‹地震发生的概率模型‹地震带的震级上限及下限‹区域地震构造调查„基本概念及研究意义„地震时砂土液化机制„区域性砂土液化的形成条件„砂土地震液化的判别„砂土地震液化的防护措施同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention•环太平洋地震带，地球上昀主要的地震带。全世界约80%g浅源地震、90%的中源地震和几乎所有的深源地震都集中于此，所释放的地震能量约占全部能量的80%。•沿地中海向东延伸至喜玛拉雅山，终止于我国的川滇地区的地震带，大多分布于大陆上，也称欧亚地震带，除环太平洋地震带外几乎所有的中源地震和大的浅源地震都发生在此带内。释放能量占全部地震能量的15%。沿线有一些中等震源深度的地震发生，喜玛拉雅山南麓有一系列大地震，尤其是这一段西端的中亚兴都库什、东端的我国西藏东南部墨脱都发生过巨大的地震。•大洋海岭地震活动带和大陆裂谷系地震活动带。5.1世界上的地震分布同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention„全球地震带分布‹(1)环太平洋地震带这是世界上昀大的地震带，在狭窄条带内震中密度也昀大，全世界约80％的浅源地震、90％的中源地震和几乎全部深源地震集中于此带，释放的能量约为全世界地震释放能量的80％。此带的震源深度有自岛弧外线的深海沟向大陆内部逐步加深的规律，为大陆与大洋之间的一条倾向大陆的大断裂面(图5－14)。45.1世界上的地震分布同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention(2)地中海喜马拉雅地震带或欧亚地震带此带震中分布较前者为分散，带的宽度大且有分支。以浅源震为主，中源震在帕米尔、喜马拉雅有所分布，深源震主要分布于印尼岛弧。环太平洋地震带以外的几乎所有深源、中源和大的浅源地震均发生于此带，释放能量约占全球地震能量的15％。（3）大洋海岭地震带主要呈线状分布于各大洋的接近中部。这一带的所有地震均产生于岩石圈内，震源深度小于30km，震级除少数外均不超过5级。55.1世界上的地震分布同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention65.1世界上的地震分布同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention85.1世界上的地震分布同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention中国的地震分布（震中分布图）同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention5.2中国地震数据•地震资料的完整程度，决定了所反映的地震活动时、空图像的可靠程度，以及由地震资料所得到的统计结果的准确程度。历史资料，由于在不同地区和不同的历史时期，社会的经济、文化发展水平不同，以及政治稳定状况的差异，历史资料的完整程度必然有一定的差异。•破坏性地震（M〉4.7）目录，逾6000条，公元前仅有13次地震事件的记载，1440年以前159次，1900年以前948次，1950以前2289次。•仪器记录地震，自20世纪初起，50年代、七十年代两次大发展。目前，全国大多数地区可监测3级（西部部分地区4级）以上地震，一些地区可达1级。同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention‹可信震级段¾1440年以后，7级以上地震遗漏较少¾17世纪以后，6级以上地震遗漏较少¾20世纪上半叶以来，5级以上地震有保障5.2中国地震数据同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention‹区域地震活动的空间分布•除台湾和西藏部分地区外，中国的地震活动均处于板块内部。•地震的发生具有板内地震的特点，表现为地震分布广，大震相对集中成带；地震强度高，震源浅，危害性大；大震的复发周期长，且经常在历史上未记载大震的新区发生。•统计规律的分区、分带表达5.2中国地震数据同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention‹地震活动的深度分布•地震都发生于地壳中及地慢的上部，其中多数发生在地壳部分的数十公里范围内。据统汁，有72%地震的震源发生于地表下33km以内，深度大于33km的占28%，其中的24%分布在33-300km范围内；深度大于300km的地震仅占地震总数的4%。•中源地震主要发生于环太平洋地区，我国中源地震主要分布于东部沿海、西藏雅鲁藏布江以南地区和新疆西南部帕米尔附近。•深源地震仅仅在东北黑龙江-吉林地区。5.2中国地震数据同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention‹我国地震的时间分布特征•地震活动随时间呈现不均匀的分布，具有相对平静和显著活跃相互交替转化的发展过程。在一段时间内地震的发生表现出频度较低、震级小，地震活动出现相对平静的状态，可称为地震活动的平静期；在继之而来的另一段时间内，地震的发生表现出频度高、震级大的特点，地震活动出现了显著活动的状态，可称为地震活跃期。一个能量积累和释放的全过程，可称为一个地震活动期。•一次应变积累和释放的全过程（华北地区三百年左右），包含有四个不同的发展阶段：应变积累阶段、应变前兆释放阶段、应变大释放阶段和剩余应变释放阶段。危险性有很大的差别。5.2中国地震数据同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention‹地震时序图和时序分析•地震活动分期分段5.2中国地震数据同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention5.3地震发生的概率模型•POISSON•RENEW•MARKOV同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPreventionPOISSON模型同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention•地震活动的强度特征•震级-累积频度关系lgN(M)=a-bMN(M)为一个地区大于等于M的地震次数，M为震级，a、b分别为统计常数，该式也称为古登堡－里希特关系式同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention5.4地震带的震级上限及下限地震带的震级上限是指地震带内震级－频度关系中累积频度趋于零的上限震级值。在概率分析方法中，这一震级极限值是与地震带震级概率密度函数的积分上限联系在一起的，是地震带内发生概率趋于零的昀大震级值。地震带的震级下限，也称为起算震级，是指地震带内考虑其对场地地震影响的昀小震级值。同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention•潜在震源区的震级上限1、根据历史昀大地震记录取值当昀大地震为6～7级时，震级上限采用历史昀大值加0.5级确定；若历史昀大地震为8级或8级以上，可以直接采用此值作为震级上限。2、依据地质构造类比的方法确立地震地质构造相同的地区，可以以已发生地震地区的历史地震资料推断新区的震级上限。采用这种方法的条件是当历史昀大地震活动不足以代表潜在震源区可能发生地震的上限震级，应充分利用已有的关于地震构造条件的统计结果，并考虑统计不确定性。3、采用极值统计或震级-频度关系外推研究表明，震级上限对地震危险性分析的计算结果影响很大。当震级上限为7～8级时，得到的地面加速度超越概率差达20%～60%。因此，合理的震级上限估计应考虑地震活动不同阶段的影响。同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention白噪声（whitenoise）白噪声是指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声，通常定义为在感兴趣的频率范围内，每单位带宽内有相等功率的噪声或振动。所有频率具有相同能量。理想白噪声是指在无限宽的频率范围内都有恒定的平均功率分布的一类信号，也就是说，没有哪个频率分量是卓越的。由于这种宽带的信号过程的谱特征同白光相似，因而取名“白噪声”。同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention白噪声（whitenoise）振动台试验中用来测试结构自振特性（频率、阻尼比、振型）的“白噪声”是有限带宽的白噪声信号，即显示在频率域上，该信号的功率谱密度函数是在某一频率段（比如0到50Hz）上的常数。而试验中输入加速度时程的峰值一般较小，比如0.05g。同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention•粒间无内聚力的松散砂体，主要靠粒间摩擦力维持本身的稳定性和承受外力。当受到振动时，粒间剪力使砂粒间产生滑移，改变排列状态。如果砂土原处于非紧密排列状态，就会有变为紧密排列状态的趋势，如果砂的孔隙是饱水的，要变密实需要从孔隙中排出一部分水，如砂粒很细则整个砂体渗透性不良，瞬时振动变形需要从孔隙中排除的水来不及排出于砂体之外，结果必然使砂体中空隙水压力上升，砂粒之间的有效正应力就随之而降低，当空隙水压力上升到使砂粒间有效正应力降为零时，砂粒就会悬浮于水中，砂体也就完全丧失了强度和承载能力，这就是砂土液化(sandliquefacation)。5.6砂土液化基本概念及研究意义同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention砂土液化照片5.6砂土液化基本概念及研究意义同济大学TongjiUniversity上海防灾救灾研究所ShanghaiInstituteofDisasterPrevention¾(1)涌砂：涌出的砂掩盖农田，压死作物，使沃土盐碱化、砂质化，同时造成河